細胞移動シミュレーションの接着、突出、および収縮調整のモデリング

細胞移動は、細胞の接着、突出、および収縮を含む特徴的なサブプロセスの正確な時空間的調整を含む、非常に複雑で動的な生物学的現象です。個々の腫瘍細胞移動の観察により、細胞は一般に、ネイティブのような環境で間葉系型またはアメーボイド型移動モードのいずれかを示すことが明らかになりました。ただし、一部の移動細胞は、移動の種類を変更することにより、形態学的に環境に適応できることも観察されています。最近の研究は、実際には、腫瘍細胞の生物物理学的および生体力学的特性の変化が、あるタイプの移動から他のタイプへの移動への移行を可逆的に制御できることを示唆しています。これらの変化は、細胞外マトリックスの機械的およびトポロジー的特性だけでなく、内部細胞の生体力学的メカニズムによって引き起こされる場合があります。2つのモード間の複雑な遷移と、移動中に内部細胞メカニクスが果たす役割を理解するために、移動する細胞の動的挙動をシミュレートするための新しい軸対称炎弾性細胞モデルを開発しました。私たちの研究からの数値的結果は、細胞の生体力学的特性が移動中のアメーボの葉系遷移において重要な役割を果たす可能性があることを定量的に示しています。したがって、私たちの研究は、細胞プロセスをシミュレートするための新しいプラットフォームを作成するのに役立つだけでなく、腫瘍浸潤および転移中のさまざまな移動モードの調節における細胞下メカニズムの役割に関する洞察も提供します。

Cell migration is a highly complex, dynamical biological phenomenon that involves precise spatio-temporal coordination of distinctive sub-processes including adhesion, protrusion, and contraction of the cell. Observations of individual tumor cell migration reveal that cells generally exhibit either mesenchymal-type or amoeboid-type migration modes in native like environments. However, it has also been observed that some migrating cells are capable of morphologically adapting to their environment by modifying their type of migration. Recent studies suggest in fact that changes in biophysical and biomechanical properties of tumor cells can reversibly control their transition from one type of migration to the other. These changes may be caused by internal cell biomechanical mechanisms as well as mechanical and topological properties of the extracellular matrix. In order to understand the complex transition between the two modes and the role played by internal cellular mechanics during migration, we have developed a novel axisymmetric hyperviscoelastic cell model to simulate the dynamical behavior of a migrating cell. Numerical results from our study quantitatively demonstrate that the biomechanical properties of the cell may play an important role in the amoeboid-mesenchymal transition during migration. Our study will therefore not only help in creating a new platform for simulating cellular processes but will also provide insights into the role of sub-cellular mechanics in regulating various modes of migration during tumor invasion and metastasis.